Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Сканави А.Н., Махов Л.М. Отопление, 2002

.pdf
Скачиваний:
5814
Добавлен:
26.03.2016
Размер:
13.85 Mб
Скачать

5.Определение требуемой теплоотдачи отопительного прибора по формуле (4.27).

6.Определение расчетной площади нагревательной поверхности отопительного прибора по формуле (4.26).

7.Выбор марки принятого типа отопительного прибора путем сравнения расчетной площади с площадью в номенклатурном ряде марок приборов, выпускаемых промышленностью, с учетом допустимой погрешности (в радиаторной системе расчет числа секций по формуле (4.30)).

8.Уточнение температуры воды, выходящей из отопительного прибора однотрубного стояка (ветви), в зависимости от значения принятой площади по формуле (4.36).

9.Повторение расчетов по пп. 3...7.

10.Переход к расчету следующего этажестояка или отрезка ветви (по ходу движения теплоносителя для однотрубной системы), начиная с п. 1 в однотрубной и с п. 2 в двухтрубной системе отопления.

11.Вывод на печать результатов расчета.

Расчет отопительных приборов в системе парового отопления проводят по пп. 3...7, 10, 11. При этом вычисление действительной плотности теплового потока прибора ведут по формуле (4.23). В исходные данные включают в качестве параметра теплоносителя расчетное начальное давление или соответствующую ему температуру пара в системе.

При выводе на печать итогов расчета помимо выбранной марки отопительного прибора (числа секций радиатора) для каждого этажестояка могут дополнительно приводиться данные, необходимые для составления проектно-сметной документации (например, масса приборов и труб, суммарное количество приборов по отдельным маркам и т.д.). Для этого в программе должны быть предусмотрены соответствующие формулы и циклы.

§ 4.9. Регулирование теплопередачи отопительных приборов

Теплопотребности помещений, выявленные в расчетных условиях, определяют площадь отопительных приборов. Площадь является постоянной характеристикой каждого установленного прибора. Между тем, известно, что расчетные условия наблюдаются при отоплении зданий далеко не всегда. В течение отопительного сезона изменяется температура наружного воздуха, на здания эпизодически воздействуют ветер и солнечная радиация, тепловыделения в помещениях неравномерны. Поэтому для поддержания теплового режима помещений на заданном уровне необходимо в процессе эксплуатации регулировать теплопередачу отопительных приборов.

Эксплуатационное регулирование теплового потока отопительных приборов может быть качественным и количественным.

Качественное регулирование достигается изменением, температуры теплоносителя, подаваемого в систему отопления. Качественное регулирование по месту осуществления может быть центральным, проводимым на тепловой станции, и местным, выполняемым в тепловом пункте здания.

111

В жилищном строительстве проводят также групповое регулирование в центральных тепловых пунктах (ЦТП).

Местное качественное регулирование должно дополнять центральное регулирование, которое проводится с ориентацией на некоторое обезличенное здание в районе действия станции. Кроме того, оно может нарушаться по различным причинам, в том числе из-за необходимости обеспечивать нагревание воды в системе горячего водоснабжения. При местном регулировании учитывают особенности каждого здания, системы отопления и даже ее отдельной части.

В системе парового отопления пределы качественного регулирования ограничены и такое регулирование, как правило, не проводится.

Количественное регулирование теплопередачи приборов осуществляется изменением количества теплоносителя (воды или пара), подаваемого в систему или прибор. По месту проведения оно может быть не только центральным и местным, но и индивидуальным, т.е. выполняемым у каждого отопительного прибора.

Центральное и местное регулирование в системах парового отопления - количественное: при изменении температуры наружного воздуха меняется количество пара, поступающего в систему, или пар подается с большим или меньшим перерывом. В первом случае проводится так называемое пропорциональное регулирование, во втором - регулирование "пропусками" (теплоноситель подается периодически). В системах парового отопления применяют также индивидуальное количественное регулирование теплопередачи приборов.

В системах водяного отопления центральное и местное качественное регулирование также дополняется местным и индивидуальным количественным регулированием теплопередачи приборов. При индивидуальном количественном регулировании теплопередача водяного прибора изменяется вследствие изменения средней температуры воды в нем, теплопередача парового прибора - из-за отклонения температуры конденсата от температуры пара.

Таким образом, в процессе эксплуатации паровых систем отопления осуществляется только количественное регулирование, водяных систем отопления - качественноколичественное регулирование теплопередачи приборов.

Эксплуатационное регулирование теплопередачи приборов может быть автоматизировано. Местное автоматическое регулирование в тепловом пункте здания обычно проводят, ориентируясь на изменение температуры наружного воздуха (этот способ регулирования называют "по возмущению"). Индивидуальное автоматическое регулирование теплопередачи прибора происходит при отклонении температуры воздуха в помещении от заданного уровня (регулирование "по отклонению").

Для индивидуального автоматического регулирования применяют регуляторы температуры прямого и косвенного действия (термоклапаны, см. § 5.4).

Для индивидуального ручного регулирования теплопередачи приборов служат краны и вентили. Ручное регулирование теплопередачи радиаторов и конвекторов эффективно в том случае, когда доля отключаемой нагревательной поверхности составляет не менее 0,5 (для бетонных панелей 0,7).

При паровом отоплении для ручного регулирования применяют вентили с золотником, пришлифованным к поверхности седла (без прокладки). В системах отопления с высоко-

112

температурной водой используют краны вентильного типа с золотником также без прокладки.

Конструкцию регулирующего крана выбирают в зависимости от вида системы водяного отопления. В двухтрубных системах применяют краны индивидуального регулирования, отвечающие двум требованиям: они имеют повышенное гидравлическое сопротивление и допускают проведение монтажно-наладочного (первичного) и эксплуатационного (вторичного) количественного регулирования. Эти краны называют кранами "двойной регулировки".

В однотрубных системах водяного отопления используют краны индивидуального регулирования, обладающие незначительным гидравлическим сопротивлением. Эти краны не имеют приспособлений для осуществления первичного регулирования и являются кранами только эксплуатационного (вторичного) регулирования.

Для индивидуального ручного регулирования теплопередачи приборов применяют также воздушные клапаны в кожухе конвекторов (см. рис. 4.6, а). Воздушным клапаном в конвекторе регулируется количество воздуха, циркулирующего через нагреватель конвектора. Достоинством этого способа регулирования, так называемого регулирования "по воздуху", является сохранение постоянного расхода теплоносителя в отопительных приборах.

Рис. 4.18. Процессы изменения температуры поверхности отопительных приборов: а - при нагревании различных по массе приборов; б - при нагревании и охлаждении чугунного радиатора в системе водяного отопления; 1 - для стального конвектора (zст - период времени изменения температуры от tп до tпр<.sub>); 2 - для чугунного радиатора (zr); 3 - для бетонного радиатора (zбет)

При индивидуальном количественном регулировании теплопередача прибора изменяется постепенно - прибор обладает тепловой инерцией (рис. 4.18), причем охлаждается прибор медленнее, чем нагревается (zохл>zнагр на рис. 4.18, б). Наибольшей тепловой инерцией характеризуются, как известно, бетонные панели. Так как тепловая инерция стальных радиаторов и конвекторов меньше инерции чугунных радиаторов и, тем более, бетонных панелей, то и процесс регулирования их теплопередачи будет ускорен. Например, для стальных панельных радиаторов остаточная теплопередача через 1 ч после их выключения составляет примерно 15 % начальной. Это вдвое меньше, чем для чугунных радиаторов (30 %), а полный тепловой поток в течение первого часа после выключения, соответ-

ственно, 45 и 60 %. Следовательно, регулирование теплопередачи отопительных приборов тем эффективнее и быстрее отражается на температуре помещений, чем меньше масса теплоносителя в приборах и самих приборов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ

113

1.Укажите отличительное достоинство каждого вида отопительных приборов.

2.Установите фактор, оказывающий преобладающее влияние на теплоотдачу отопительных приборов (при равных температурных условиях).

3.Объясните причины повышения теплоотдачи радиатора, который перемещен от наружной к внутренней стене помещения.

4.Почему состав и цвет красителя влияют на теплоотдачу радиаторов, а не конвекторов?

5.Сравните способы измерения площади нагревательной поверхности отопительных приборов в эквивалентных и физических квадратных метрах.

6.Установите, какое значение номинального коэффициента теплопередачи следует ожидать для разрабатываемого вертикального пластмассового отопительного прибора.

7.Как вы представляете себе отопительный прибор будущего?

8.Изобразите блок-схему программы теплового расчета отопительных приборов с помощью ЭВМ.

9.Составьте алгоритм теплового расчета с помощью ЭВМ отопительных приборов двухтрубной системы водяного отопления.

10.Почему желательно расположение отопительных приборов под световыми проемами?

ГЛАВА 5. ТЕПЛОПРОВОДЫ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

§ 5.1. Классификация и материал теплопроводов

Трубы систем центрального водяного и парового отопления предназначены для подачи в приборы и отвода из них необходимого количества теплоносителя. Поэтому их называют теплопроводами. Теплопроводы вертикальных систем отопления подразделяют на магистрали, стояки и подводки (рис. 5.1). Теплопроводы горизонтальных систем, кроме магистралей, стояков и подводок, имеют горизонтальные ветви (рис. 5.2).

Рис. 5.1. Теплопроводы вертикальных систем центрального отопления: а - с верхней разводкой подающей магистрали; б - с нижней разводкой обеих магистралей; в - с "опрокинутой" циркуляцией; 1 и 2 - подающие (Т1) и обратные (Т2) магистрали; 3 и 4 - подающие и обратные стояки; 5 и 6 - подающие и обратные подводки; 7 -отопительные приборы (стрелками показано направление движения теплоносителя)

114

Движение теплоносителя в подающих (разводящих) и обратных (сборных) магистралях может совпадать по направлению или быть встречным. В зависимости от этого системы отопления называют системами с тупиковым (встречным) и попутным движением воды в магистралях. На рис. 5.1, а и 5.2, а стрелками на линиях, изображающих магистрали (линии с индексом Т1 - подающие, с индексом Т2 - обратные магистрали), показано попутное движение теплоносителя: теплоноситель в подающей и обратной магистралях каждой системы движется в одном направлении. На рис. 5.1, б, в и 5.2, б показано тупиковое движение теплоносителя: теплоноситель в подающей магистрали течет в одном, а в обратной - в противоположном направлении.

В зависимости от места прокладки магистралей различают системы с верхней разводкой (см. рис. 5.1, а и 5.2, б ), когда подающая (разводящая теплоноситель) магистраль (Т1) расположена выше отопительных приборов, и с нижней разводкой (см. рис. 5.1, б и 5.2, а) когда и подающая (Т1), и обратная (Т2) магистрали проложены ниже приборов. При водяном отоплении бывают еще системы с "опрокинутой" циркуляцией воды (см. рис. 5.1, в), когда подающая магистраль (Т1) находится ниже, а обратная (Т2) выше приборов.

Рис. 5.2. Теплопроводы горизонтальных систем центрального отопления: а - с нижней разводкой обеих магистралей; б - с верхней разводкой подающей магистрали; 1 и 2 - подающие (Т1) и обратные (Т2) магистрали; 3 и 4 - подающие и обратные стояки; 5 и 6 - подающие и обратные подводки; 7 - отопительные приборы; 8 - однотрубные ветви; 9 - бифилярные ветви (стрелками показано направление движения теплоносителя)

Для пропуска теплоносителя используют трубы: металлические (стальные, медные, свинцовые и др.) и неметаллические (пластмассовые, стеклянные и др.).

Из металлических труб в России наиболее часто используют стальные шовные (сварные) и редко стальные бесшовные (цельнотянутые) трубы. Стальные трубы изготовляют из мягкой углеродистой стали, что облегчает выполнение изгибов, резьбы на трубах и различных монтажных операций. Стоимость бесшовных труб выше, чем сварных, но они более надежны в эксплуатации и их рекомендуется использовать в местах, не доступных для ремонта. Широкое применение стальных труб в системах центрального отопления объясняется их прочностью, простотой сварных соединений, близким соответствием коэффи-

115

циента линейного расширения коэффициенту расширения бетона, что важно при заделке труб в бетон (например, в бетонных панельных радиаторах).

В системах отопления используют не оцинкованные (черные) стальные сварные водогазопроводные трубы (ГОСТ 3262-75*) Dy10... 50 мм трех типов: легкие, обыкновенные и усиленные (в зависимости от толщины стенки). Усиленные толстостенные трубы применяют редко - в долговременных уникальных сооружениях при скрытой прокладке. Легкие тонкостенные трубы предназначены под сварку или накатку резьбы для их соединения при открытой прокладке в системах водяного отопления. Обыкновенные трубы используют при скрытой прокладке и в системах парового отопления.

Размер водо-газопроводной трубы обозначается цифрой условного диаметра в мм (например, Dy20). Труба Dy20 имеет наружный диаметр 26,8 мм, а ее внутренний диаметр изменяется в зависимости от толщины стенки от 20,4 (усиленная труба) до 21,8 мм (легкая труба). Изменение внутреннего диаметра влияет на площадь поперечного сечения канала для протекания теплоносителя. Поэтому одно и то же количество теплоносителя будет двигаться в трубе одного и того же условного диаметра с различной скоростью: большей - в усиленной и меньшей - в легкой трубе.

Стальные электросварные трубы (ГОСТ 10704-76*) выпускают со стенками различной толщины. Поэтому в условном обозначении выбранной трубы указывают наружный диаметр и толщину стенки (если выбрана труба 76×2,8 мм, то это означает, что она имеет наружный диаметр 76 мм, толщину стенки 2,8 мм и, следовательно, внутренний диаметр 70,4 мм). При этом стенку принимают наименьшей толщины (по сортаменту труб, выпускаемых заводами). Например, используют трубы Dy20 со стенкой толщиной 2,0 мм (легкая водо-газопроводная труба Dy20 имеет стенку толщиной 2,5 мм).

Стальные трубы, применяемые в системах центрального отопления, выдерживают, как правило, большее гидростатическое давление (не менее 1 МПа), чем отопительные приборы и арматура. Поэтому предельно допустимое гидростатическое давление в системе водяного отопления устанавливают по рабочему давлению, на которое рассчитаны не трубы, а другие менее прочные элементы (например, отопительные приборы).

Соединение стальных теплопроводов между собой, с отопительными приборами и арматурой может быть неразборным - сварным и разборным (для ремонта отдельных частей) - резьбовым и болтовым. Резьбовое разборное соединение предусматривают в основном у отопительных приборов и арматуры для их демонтажа в случае необходимости. Фланцевая арматура крупного размера соединяется болтами с контрфланцами, привариваемыми к концам стальных труб.

За последние годы, особенно в индивидуальном жилищном строительстве, все чаще используются трубы, изготовленные из медных сплавов. Медные трубы отличаются значительной коррозионной стойкостью и долговечностью. Их соединение в процессе монтажа осуществляется методом пайки или сварки. Трубы выпускаются в виде прямых отрезков длиной 2-6 м или, учитывая, что медь более мягкий материал, чем сталь, в бухтах длиной до 50 м. Использование мягкой меди позволяет значительно снизить стоимость системы отопления и сократить сроки монтажа за счет уменьшения количества соединительных элементов (фитингов).

Все большее распространение в России для монтажа сантехнических систем получают трубы из полимерных материалов (их чаще называют пластиковые или пластмассовые). Эти трубы также отличаются высокой коррозионной стойкостью и длительным сроком

116

службы (до 50 лет) с сохранением, в отличие от стальных труб (§ 18.1), их первоначальных гидравлических свойств (шероховатости и внутреннего диаметра). Полимерные трубы отличаются также легкостью (в 6-7 раз легче стальных), высокими шумопоглощающими свойствами и пластичностью, что важно, например, для сохранения их прочностных свойств при возможном замерзании транспортируемой по ним воды. Трубы поставляются на строительный объект в бухтах и за счет этого их монтаж в значительной мере облегчен. В зависимости от фирмы-изготовителя монтажное соединение труб осуществляется с помощью специального инструмента с использованием самых разнообразных технологий: механический обжим, пайка, сварка, склейка. Многолетняя практика использования полимерных труб в системах отопления выявила их существенный недостаток - высокую проницаемость (диффундирование) атмосферного воздуха через их стенки и насыщение теплоносителя кислородом со всеми вытекающими отсюда последствиями (§ 5.5). Этого недостатка лишены металлополимерные (металлопластиковые) трубы, в стенки которых добавляется защитный слой в виде тонкой, как правило, алюминиевой фольги. В системах отопления пластиковые трубы применяются только в случае их скрытой в строительной конструкции (стене, перекрытии) прокладки.

Свинцовые и чугунные трубы встречаются в системах отопления, смонтированных в начале XX в.

Трубы из малощелочного термостойкого стекла используют редко вследствие их хрупкости и ненадежности мест соединений труб с отопительными приборами и арматурой.

§ 5.2. Размещение теплопроводов в здании

Прокладка труб в помещениях может быть открытой и скрытой. Открытая прокладка более простая и дешевая. Поверхность труб нагрета, и теплоотдачу труб учитывают при определении площади отопительных приборов (см. § 4.7).

По технологическим, гигиеническим или архитектурно-планировочным требованиям прокладка труб может быть скрытой. Магистрали переносят в технические помещения (подвальные, чердачные и т.п.), стояки и подводки к отопительным приборам размещают в специально предусмотренных шахтах и бороздах (штробах) в строительных конструкциях или встраивают (замоноличивают) в них. При этом в местах расположения разборных соединений и арматуры устраивают лючки. Теплоотдача в помещение труб, проложенных в глухих бороздах стен, значительно меньше (примерно вдвое) теплоотдачи открытых теплопроводов. Встроенные (как правило, в заводских условиях) подводка или стояк играют роль бетонного отопительного прибора с одиночным греющим элементом и односторонней (в наружной стене) или двусторонней (во внутренней стене, в полу или в перекрытии) теплоотдачей.

При прокладке теплопроводов учитывают предстоящее изменение длины труб в процессе эксплуатации системы отопления. Эксплуатация проходит при изменяющейся температуре теплоносителя (выше 35 °С) и трубы удлиняются по сравнению с монтажной их длиной в большей или меньшей степени.

Температурное удлинение нагреваемой трубы - приращение ее длины Δ1, м, определяется по формуле

117

где α - коэффициент линейного расширения материала трубы (для мягкой стали при температуре до 150 °С близок к 1,2-10-5 1/°С); t,. - температура теплопровода, близкая к температуре теплоносителя, °С (при расчетах учитывают наивысшую температуру); tн - температура окружающего воздуха в период производства монтажных работ, °С; 1 - длина теплопровода, м.

Монтаж труб осуществляют в "коробке" строящегося здания при температуре наружного воздуха, близкой в весенне-осенний период к +5 °С. В зимний период при временном обогревании помещений для удобства отделочных и монтажных работ в строящемся здании поддерживают временными средствами температуру также около +5 °С.

Если считать tн=5 °С, то формула (5.1) для стальной трубы (приращение длины Δ1, мм) может быть представлена в виде

удобном для ориентировочных расчетов.

Можно установить, что один метр подающей стальной трубы предельно удлиняется при низкотемпературной воде приблизительно на 1 мм, обратной трубы - на 0,8 мм, а при высокотемпературной воде удлинение каждого метра трубы доходит до 1,75 мм.

Таким образом, при размещении теплопроводов, особенно при перемещении по ним высокотемпературного теплоносителя, необходимо предусматривать компенсацию усилий, возникающих при удлинении подводок, стояков и магистралей.

Размещение подводки - соединительной трубы между стояком или горизонтальной ветвью и отопительным прибором - зависит от вида прибора и положения труб в системе отопления.

Для большинства приборов подающую подводку, по которой подается горячая вода или пар, и обратную подводку, по которой охлажденная вода или конденсат отводятся из приборов, прокладывают горизонтально (при длине до 500 мм) или с некоторым уклоном (5- 10 мм на всю длину). Эти подводки в зависимости от положения продольной оси прибора по отношению к оси труб могут быть прямыми и с отступом, называемым "уткой". Предпочтение отдают прямой прокладке подводок, так как утки осложняют заготовку и монтаж труб, увеличивают гидравлическое сопротивление подводок.

Для унификации деталей подводок и стояков часто используют односторонние горизонтальные подводки постоянной длины (например, 370 мм) независимо от ширины простенка в здании. При этом стояк однотрубной системы размещают на расстоянии 150 мм от откоса оконного проема, а не по оси простенка как при двусторонних подводках. Особенно широко применяют унифицированные приборные узлы в жилых домах, гостиницах, общежитиях, во вспомогательных зданиях предприятий, где приборы для уменьшения длины подводок допустимо смещать от вертикальной оси оконных проемов по направлению к стояку (рис. 5.3).

Для некоторых отопительных приборов (например, конвекторов

118

Рис. 5.3. Этажестояки вертикальной однотрубной системы водяного отопления с трехходовыми кранами у приборов: а - с приоконным размещением стояка и радиатором (вертикальные оси окна и радиатора совпадают); б - с замоноличенным стояком и конвектором (конвектор смещен к стояку от вертикальной оси окна); 1 - приоконный стояк; 2 - радиатор; 3 - замоноличенный стояк; 4 - конвектор

напольного типа) подводки могут прокладываться снизу вверх с изгибом.

Компенсацию удлинения труб в горизонтальных ветвях однотрубных систем предусматривают путем изгиба подводок (добавления уток) с тем, чтобы напряжение на изгиб в отводах труб не превосходило 80 МПа. В ветвях между каждыми пятью-шестью приборами вставляют П-образные компенсаторы, которые рационально размещать в местах пересечения разводящей трубой внутренних стен и перегородок помещений.

В вертикальных системах отопления подводки к приборам в большинстве случаев выполняют напрямую, однако в высоких зданиях делают специальный изгиб подводок к приборам для обеспечения беспрепятственного перемещения труб стояка при удлинении.

При длинных гладкотрубных приборах, а также при последовательной установке нескольких приборов другого типа, (например, "на сцепке") необходимо также специальный изгиб подводок для компенсации температурного удлинения приборов и труб. Неполная компенсация удлинения труб приводит при эксплуатации системы к возникновению течи в резьбовых соединениях, а иногда даже к излому труб и арматуры.

Размещение стояков - соединительных труб между магистралями и подводками - зависит от положения магистралей и размещения подводок к отопительным приборам. Обязательным является обособление стояков для отопления лестничных клеток, а также расположение стояков в наружных углах помещений. При размещении остальных стояков исходят из необходимости сокращать их число, длину и диаметр труб для экономии металла.

Кроме того, конструкция стояков должна способствовать унификации деталей для индустриализации процесса заготовки и уменьшения трудоемкости монтажа системы отопления.

Задача размещения стояков неотделима от выбора вида системы отопления для конкретного здания. В целом однотрубные системы при выполнении перечисленных рекомендаций имеют преимущество перед двухтрубными.

119

Стояки, как и отопительные приборы, располагают преимущественно у наружных стен - открыто (на расстоянии 35 мм от поверхности стен до оси труб Dy < 32 мм) либо скрыто в бороздах стен или массиве стен и перегородок (см. рис. 5.3, б). При скрытой прокладке теплопроводов в наружных стенах теплопотери больше, чем при открытой прокладке, поэтому обычно принимаются меры для уменьшения теплопотерь.

Двухтрубные стояки размещают на расстоянии 80 мм между осями труб, причем подающие стояки располагают справа (при взгляде из помещения). В местах пересечения стояков и подводок огибающие скобы устраивают на стояках (а не на подводках), причем изгиб обращают в сторону помещения.

Компенсация удлинения стояков в малоэтажных зданиях обеспечивается естественными их изгибами в местах присоединения к подающим магистралям (рис. 5.4, а). В более высоких 4...7-этажных зданиях однотрубные стояки изгибают не только в местах присоединения к подающей, но и к обратной магистрали (рис. 5.4, б, г).

Взданиях, имеющих более семи этажей, таких изгибов труб недостаточно, и для компенсации удлинения средней части стояков применяют дополнительные изгибы с относом отопительных приборов от оси стояка (рис. 5.4, в). Иногда используют П-образные компенсаторы, и тогда трубы между компенсаторами в отдельных точках закрепляют - устанавливают неподвижные опоры. Для компенсации удлинения каждого этажестояка в однотрубных системах используют изгибы труб с "плечом" при низкотемпературной воде не менее 200 мм (см. рис. 5.3, а).

Вместах пересечения междуэтажных перекрытий трубы

Рис. 5.4. Схемы присоединения стояков к магистралям систем водяного отопления зданий различной этажности: а - двух-трехэтажных; б - четырех-семиэтажных при верхней раз-

120